摘要：选取了10种不同性质的粗细骨料组合，在相同的配合比条件下进行了混凝土强度、变形及热学性能试验，并对试验结果进行了比较分析。研究结果表明，不同骨料组合下混凝土的性能有一定差异，这种差异既和骨料的特性有关，也和骨料与砂浆问的界面特性有关。混凝土的弹性模量、线膨胀系数和导温系数主要决定于粗骨料的性质，而粗、细骨料的强度对混凝土强度影响不大。
摘要：选取了10种不同性质的粗细骨料组合，在相同的配合比条件下进行了混凝土强度、变形及热学性能试验，并对试验结果进行了比较分析。研究结果表明，不同骨料组合下混凝土的性能有一定差异，这种差异既和骨料的特性有关，也和骨料与砂浆问的界面特性有关。混凝土的弹性模量、线膨胀系数和导温系数主要决定于粗骨料的性质，而粗、细骨料的强度对混凝土强度影响不大。
关键词：混凝土；粗骨料；细骨料；强度；弹性性能
0 引言
混凝土中骨料约占总体积的60%---80%，因此其粒径、形状、表面结构、级配和矿物成分等，都在不同程度上会影响界面过渡区的特性，进而对混凝土的特性产生一定影响[1-2]。杨再富[3-4]等通过试验研究了碎石、钢、砂浆、页岩陶粒和加气混凝土粗骨料对不同强度基体的混凝土抗压、抗折强度的影响，研究表明粗骨料强度对混凝土强度有一定的影响。Alexander[5]进行了不同骨料混凝土的干缩、徐变试验研究，认为骨料对混凝土拌合物的用水量、弹性模量以及界面过渡区都有影响，从而导致混凝土的变形性能的不同。
但从已有研究成果看，国内外对于不同粗、细骨料组合情况下，骨料对混凝土特性影响研究较少。本文通过试验和理论分析，讨论了不同粗细骨料混凝土强度、变形和热学性能的变化规律，可为大体积混凝土的原材料选择和配合比设计提供参考。
1 试验设计与结果
选取了6种不同的骨料，成型混凝土进行了不同粗细骨料组合下混凝土的特性试验研究，其中骨料（母岩）的性质如表1所示。
试验中选用了10种不同的粗、细骨料组合，采用2种水胶比（0.40和0.50），粉煤灰掺量为30％，减水剂（JM-IIC）掺量为0.6％，分别进行混凝土力学性能、变形性能和热学性能试验。在试验中控制拌合物坍落度3—5 cm，含气量（5.0±0.5）%，试验结果分别如表2—5和图1—8所示。
1.1 强度试验结果
由试验结果可知：
（1）不同粗细骨料组合下，混凝土的强度有所不同。在相同龄期下，混凝土的抗压强度最大和最小值之间差别大约为15％，劈拉强度最大和最小值之间差别大约为25％。相同粗骨料，不同细骨料组合下，混凝土的强度也不同。
（2）从混凝土的180d抗压强度来看，在0.40水胶比下，微晶玄武岩粗细骨料混凝土最高，混合玄武岩粗细骨料混凝土最低，二者相差9MPa；在0.50水胶比下，微晶玄武岩粗细骨料混凝土最高，杏仁玄武岩粗细骨料混凝土最低，二者相差9.4MPa。
（3）从混凝土180d的劈拉强度来看，在0.40水胶比下白云岩粗细骨料混凝土最高，混合玄武岩粗细骨料混凝土最低，二者相差1.39 MPa；在0.50水胶比下，微晶玄武岩粗骨料，白云岩细骨料混凝土最高，杏仁玄武岩粗细骨料混凝土最低，二者相差0.85MPa。
1.2 变形性能结果
由试验结果可以看出：
（1）不同粗细骨料组合下，混凝土的弹性模量和极限拉伸变形有所不同。相同龄期下，混凝土的抗压弹性模量最大和最小值之间差别大约为30％，极限拉伸变形最大和最小值之间差别大约为25％。
（2）从混凝土180d抗压弹性模量来看，在0.40水胶比下，白云岩粗细骨料最高，角砾熔岩粗骨料，混合玄武岩细骨料最低，二者相差15.6GPa；在0.50水胶比下，白云岩粗细骨料最高，杏仁玄武岩粗细骨料混凝土最低，二者相差12.1GPa。
（3）在相同粗骨料，不同细骨料的组合下，混凝土的抗压弹性模量相差很小。90d和l80d的抗压弹模最大和最小值相差不超过5％，28d的抗压弹模最大和最小值相差不超过10％。可以认为，混凝土的弹性模量主要由粗骨料的性质决定，细骨料影响很小。
（4）尽管灰岩本身弹性模量较低，但在相同粗骨料，不同细骨料的组合下，灰岩细骨料的混凝土抗压弹性模量略高于其他骨料。在相同的配合比情况下，可以认为灰岩与水泥砂浆的界面结合更加紧密，弹性模量更高。
（5）从混凝土180d极限拉伸变形来看，在0.40水胶比下，白云岩粗细骨料最高，杏仁玄武岩粗细骨料最低，二者相差0.42x10-4；在0.50水胶比下，白云岩粗细骨料最高，微晶玄武岩粗细骨料混凝土最低，二者相差0.34x10-4。
1.3 热学性能结果
不同粗细骨料的混凝土热学性能结果如表6所示。
由表6可以看出，白云岩粗细骨料组合混凝土导温系数最高，有利于混凝土的热量传导；质量热容最小，在相同胶凝材料用量条件下混凝土温升会相对较高；线膨胀系数最大，热膨胀变形较大。
2 相关性分析
以下对不同粗细骨料混凝土特性与骨料特性之间的关系进行相关性分析。根据统计学原理，相关系数r可以表示两组数据之间的线性相关程度，若|r|越接近1，则表示两组数据间线性关系越密切；若|r|越接近于0，表示两组数据间线性相关越弱。
式中：x，y统计数据系列；n一样本大小。
以下分别计算了不同骨料组合下混凝土强度、弹性模量以及热学性能试验结果与粗、细骨料相应参数之间的相关系数，如表7所示。
由表7和表8可以看出：
（1）混凝土的抗压强度和劈拉强度与粗、细骨料的强度相关系数很小，可以认为对于本试验范围内的普通混凝土而言，骨料强度对混凝土的强度影响不大。
（2）混凝土弹性模量和粗骨料弹性模量的相关系数为0.89—092（W/C=0.4），0.77—0.86（W/C=0.5）；混凝土弹性模量和细骨料弹性模量相关系数为0.5左右。这说明混凝土的弹性模量主要由粗骨料的特性决定，这主要是由于粗骨料约占混凝土体积的50%以上，而细骨料所占体积百分比较小。
（3）在水灰比较低时，混凝土和粗骨料弹性模量的相关性更加明显，这是因为水灰比较低时，砂浆以及砂浆与骨料之间的界面过渡区与骨料的弹性模量相差较小。对混凝土弹性模量的影响更小。
（4）混凝土的热膨胀系数和导温系数和粗骨料特性的相关系数约为0.9，与细骨料特性的相关系数约为0.8；但质量热容和粗、细骨料特性无明显的相关特征。
3 结论
本试验进行了不同粗、细骨料组合下的混凝土强度、变形及热学性能试验。通过试验和分析可以得出以下结论：
（1）混凝土骨料特性会对混凝土的性能产生影响。这种差异既和骨料本身的性质有关，也和骨料和砂浆之间的界面性质有关。
（2）对于水胶比为0.4和0.5左右的普通混凝土而言。混凝土的强度和骨料强度没有直接关系，因此在选择料源时应综合考虑混凝土的各项性能而不是骨料的强度。
（3）混凝土的弹性模量、热膨胀系数和导温系数主要决定于占混凝土体积百分比较大的粗骨料特性。
参考文献：
【1】梅塔，蒙特罗.混凝土：微观结构、性能和材料[M].覃维祖，等译。北京：中国电力出版社，2008.
【2】ALEXANDER M G，MINDESS S.Aggregates in concrete[M].Taylor＆Francis，2005.
【3】杨再富，钱觉时，唐祖全，等.粗集料强度对混凝土抗压强度影晌的试验研究[J].混凝土，2004（12）：23—25.
【4】杨再富.粗集料对混凝土强度影响的试验研究与数值模拟[D].重庆大学，2005.
【5】ALEXANDER M G，DAVIS D.Elnfluenee of aggregates on the compressive strength and elastic modulus of concrete[J].Civil Engineer in South Africa，1992，34（5）：161—170.
编辑：ls
